CN102314066A

CN102314066A - 一种提高液晶投影仪亮度的方法、光源和液晶投影仪

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Publication number: CN102314066A
Application number: CN201110246088A
Authority: CN
Inventors: 封燕鸣
Original assignee: Beijing Avision Science & Technology Development Co Ltd
Current assignee: Beijing Avision Science & Technology Development Co Ltd
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2012-01-11

Abstract

一种提高液晶投影仪光源亮度的方法，在液晶投影仪的发光源与偏光片之间设置高分子偏振光转换膜，所述发光源发出的光可完全通过所述高分子偏振光转换膜，由光源所发出的光中的某一方向的光可完全通过所述高分子偏振光转换膜，而另一方向的光则经过偏振光转换膜的反射进行90°的相位偏移；再重新通过偏振片，大大提高光的利用率，从而提高投影仪的亮度。使用上述方法可将由发光源发出的光全部用于投影仪中，在不增加发光源功率的条件下可将投影仪亮度提高一倍。本发明还包括利用上述方法的液晶投影仪光源和液晶投影仪。

Description

一种提高液晶投影仪亮度的方法、光源和液晶投影仪

技术领域

本发明涉及一种提高投影仪亮度的方法和利用该方法制成的光源，及使用该光源的液晶投影仪。

背景技术

液晶投影仪是利用液晶光阀技术，通过对光进行调制，实现图像投影的；从液晶成像原理中可知，液晶投影仪所用的液晶光阀有两种：透过式液晶光阀LCD和反射式液晶光阀LCOS。如图1中所示，透过式液晶光阀LCD 100，由背光源1发出的光束，通过下偏光片8a，进入到透过式液晶光阀LCD 100中，经过光阀内部的液晶进行控制，最终通过上偏光片8b透出，最后才能送达到投影镜头中投射出去。图2中所示，在使用反射式液晶光阀LCOS的投影仪中，背光源1发出的光束，进入到反射式液晶光阀LCOS 200中，在反射式液晶光阀LCOS 200内经过一系列反射镜反射，并经过一系列偏光片8的偏光透射后，到达投影镜头7中。由上述二图可以看出，使用了液晶光阀的液晶投影仪都需要把普通光源通过偏振光变为某一极化方向的偏振光，才能实现显像。

如图3所示，目前，取得偏振光的方式一般是利用偏振片(PBS) 8，把光源1发出的光的某个方向的偏振光吸收，而让另一方向的偏振光通过，人们一般把自然光分为P方向和S方向的两个方向偏振光组合，利用偏振光片8，可以自由的决定P光或S光的取舍，以适应液晶投影仪的需要。由上述可知，液晶投影仪所需用的某个极化的偏振光是通过偏振片取得的。这就说明，偏振片的最大光通过率是50%，因此液晶投影仪所能够使用的光仅占光源发出光的一半，光的使用效率很低，不但影响投影机亮度的提高，还造成极大的能源浪费。目前，提高液晶投影仪的亮度的方法有两种途径，1、是通过提高光源功率，2、提高光源使用效率。其中，提高光源效率的方法主要是设置光学偏振光转换器（PCS），即通过在光路中设置复杂的光学元器件，将偏振光转换角度，提高其利用率，从而提高光效的，但是因为其元器件结构异常复杂，受价格和技术手段等限制，一般液晶投影仪要提高亮度，通常是采用更高功率的光源来实现的，但光源功率越大则造成的功率损失则越大，造成的能源浪费更大。另外，光源发热量增大，需设置专门的散热系统以维持投影机的正常工作。

发明内容

针对现有技术中液晶投影仪光源利用率低的问题，本发明提供了一种提高液晶投影仪光源亮度的方法，及利用该原理的光源和使用该光源的液晶投影仪。本发明通过在投影仪光源与液晶光阀之间设置一片高分子偏振光转换膜的方法提高液晶投影仪光源亮度。该高分子偏振光转换膜具有多层结构，除可以通过一个方向的极化的偏振光之外，还可将另外一部分极化的偏振光旋转90°，变成全部可通过偏振片的偏振光，使由发光源发出的光全部通过偏光片而不会被其吸收，从而大大提高光效，在不增大光源功率的条件下，理论上可将光源亮度增加40--50%，从而大大提高投影仪亮度，本发明还公开了利用上述原理的液晶投影仪光源和使用该光源的液晶投影仪。

一种提高液晶投影仪亮度的方法，该液晶投影仪光源包括发光源和高分子偏振光转换膜，所述发光源为平面光源，其发出的光的某一极化的偏振光为能够通过偏光片的极化的偏振光，另一部分为无法通过偏光片的极化的偏振光；所述能够通过偏光片的极化的偏振光能够通过所述偏振光转换膜传播出去，而另一部分无法通过偏光片的极化的偏振光，经过高分子偏振光转换膜处理后将相位旋转90°，成为可以通过偏光片的极化的偏振光。

进一步，所述高分子偏振光转换膜具有选择性透射、反射和偏振光旋转功能，即光从高分子偏振光转换膜的一侧射入时，由光源发出的自然光中包含两种偏振光；其中一种极化偏振光可以通过所述高分子偏振光转换膜射出，而另一极化的偏振光进入到所述高分子偏振光转换膜中，被出射一侧反射回到高分子偏振光转化膜中，而且在入射和反射的过程中发生90°的极化翻转而变成可以通过高分子偏振光转化膜的极化的偏振光，从高分子偏振光转换膜出射一侧射出。

进一步，所述高分子偏振光转换膜的设置位置应保证，所述发光源发出的光全部经过高分子偏振光转换膜射出。

一种液晶投影仪光源，该液晶投影仪光源包括，该液晶投影仪光源包括发光源和设置在光源上的高分子偏振光转换膜，所述发光源发出的光均通过高分子偏振光转换膜射出；所述发光源为平面光源，其发出的光的某一极化的偏振光为能够通过偏光片的极化的偏振光，另一部分为无法通过偏光片的极化的偏振光；能够通过偏光片的极化的偏振光直接通过所述偏振光转换膜射出，而另一部分无法通过偏光片的极化的偏振光，经过高分子偏振光转换膜处理后将相位旋转90°，成为可以通过偏光片的极化的偏振光，再通过高分子偏振光转换膜射出。

进一步，所述高分子偏振光转换膜通过偏振光转换膜固定装置，固定在发光源上，所述偏振光转换膜固定装置的作用是对高分子偏振光转换膜起到固定和支撑的作用，将其在所述发光源前部展开，并使发光源发出的光完全通过高分子偏振光转换膜射出。

进一步，所述高分子偏振光转换膜与发光源之间的距离，应在保证发光源散热的条件下最小。

进一步，所述液晶投影仪光源还包括平凸透镜/菲涅尔透镜；所述平凸透镜/菲涅尔透镜设置在高分子偏振光转换膜的前面，平凸透镜/菲涅尔透镜的光轴垂直于发光源所在平面，并通过其中心点；通过在光源中设置平凸透镜/菲涅尔透镜使由发光源发出的光束不会过度发散，而是经过平凸透镜/菲涅尔透镜聚焦后，汇聚成较小角度的均匀光束射出。

进一步，液晶投影仪光源还包括光隧和平凸透镜/菲涅尔透镜；所述光隧为一端开口大，一端开口小的空心喇叭形或空心圆台或空心棱台形，其小口为光线的射入口，大口为光线的射出口；其内壁上还设置有反射层，用于光的反射；所述发光源设置在光隧的射入口处，所述高分子偏振光转换膜和平凸透镜/菲涅尔透镜依次设置于光隧内；发光源发出的带有较大角度的光束，首先经过平凸透镜/菲涅尔透镜汇聚成较小角度的光束，然后再经过光隧内壁的反射层进行进一步汇聚和均化，最后在出口端形成均匀汇聚的光线射出。

一种液晶投影仪，该液晶投影仪所使用的光源为带有高分子偏振光转换膜的光源。

本发明通过在液晶投影仪光源与液晶光阀之间增设一种可将偏振光旋转90°的高分子偏振光转换膜的方法，使由发光源发出的普通光通过薄膜偏振光转换膜处理全部成为可通过下偏振片的单向极化偏振光，再通过液晶屏的下偏振片，实现光源的最大化利用，从而提高光源光效，进而在不改变光源功率的前提下增加投影机屏幕亮度，理论上可将亮度提高50%，但在实际应用中因为反射等原因会有一些损耗，其增加程度在40%以上。

附图说明

图1为透过式液晶光阀LCD原理图；

图2 为反射式液晶光阀LCOS原理图；

图3为偏光镜原理图；

图4为实施例1中光源结构示意图；

图5为本发明提高液晶投影仪光源亮度原理图；

图6为实施例2光源结构示意图;

图7为实施例3光源结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式进行详细说明，并设定附图4-7中发光源11发出的光束射出方向为前方。并且下列实施例中均以使用透过式液晶光阀LCD的液晶投影仪为例对本发明中的光源进行说明。

实施例1

如图4所示，本实施例中液晶投影仪光源1包括：发光源11，散热器12和偏振光转换器13。发光源11为平面光源，可为LED光源或其他平面光源，散热器12用于协助平面发光源11散热，以保证其正常工作。平面发光源11上还设置反射层18，使由发光源11发出的光均通过偏振光转换器13射出。偏振光转换器13设置在发光源11前面，包括高分子偏振光转换膜14、偏振光转换膜固定装置15、高度调节垫圈16和固定螺栓17等。偏振光转换膜固定装置15由两个夹板构成，通过使用夹板将高分子偏振光转换膜14边缘固定夹紧，将其在发光源11前面展开，使由平面发光源11发出的光，均通过高分子偏振光转换膜14射出。偏振光转换膜固定装置15也可为其他结构形式，其作用对高分子偏振光转换膜起到固定和支撑的作用，将其在发光源11前部展开，并使光源发出的光完全通过该高分子偏振光转换膜14射出。高度调节垫圈16和固定螺丝17用于将固定高分子偏振光转换膜14和偏振光转换膜固定装置15固定支撑在发光源11散热器12上。高度调节垫圈16和固定螺丝17可沿高分子偏振光转换膜14的边缘设置多个，以保证对高分子偏振光转换膜14和偏振光转换膜固定装置15的平稳支撑和固定。高分子偏振光转换膜14与发光源11之间的距离，理论上越小越好，可通过调整高度调节垫圈16的长度来进行调整。但考虑到光源在发光过程中会放热，热量会对高分子偏振光转换膜14工作效果会造成一定影响，所以，两者之间的距离不能太近。

高分子偏振光转换膜14是由多层具有偏振光相位调整功能的高分子薄膜组成的转换膜，以应用在使用透过式液晶光阀LCD 100的液晶投影仪中的光源来说明其工作原理。如图5所示，由发光源11发出的光为全光源，即包括P光和S光两个方向的极化的偏振光，假设P光可以通过液晶投影仪中的下偏光片8a，而S光将被下偏光片8a所吸收。高分子偏振光转换膜14是一种具有选择性透射、反射功能的膜，即光从高分子偏振光转换膜14的入射一侧（图4中为朝向发光源11侧）照射到高分子偏振光转换膜14时，由发光源11发出的极化的偏振光P，即可通过下偏光片8a的极化的偏振光可全部可以通过该高分子偏振光转换膜14，由其出射一侧射出。而另一极化的偏振光S，即无法通过偏光片的极化的偏振光，会被出射一侧反射回到高分子偏振光转换膜14中，并在入射和反射过程中，极化的偏振光S发生了90°的极化偏转而变成极化的偏振光P，最后从高分子偏振光转换膜14出射一侧传播出去，经过高分子偏振光转换膜14的作用，使由发光源11发出的光均可以通过偏振片为投影仪所用。

通过使用上述带有高分子偏振光转换膜的光源，可将在光照射到偏光片之前，先将会被偏光片阻挡的极性光进行90°的极化偏转而变成可以全部通过偏光片的极化的偏振光，也就是说，在光源上设置高分子偏振光转换膜可使由光源发出的光全部用于液晶投影仪中。理论上，比没有使用该高分子偏振光转换膜的光源，其亮度可增加一倍，即未使用高分子偏振光转换膜时，光源发出的光仅有50%通过偏光片投射出去，而是用了高分子偏振光转换膜可将由光源发出的光全部用于投影仪，理论利用率达到100%。实际使用中由于反射的造成一定光损，实际利用率为70-80%。

实施例2

本实施例中液晶投影仪光源1是在实施例1中液晶投影仪光源的基础上增设了平凸透镜/菲涅尔透镜21。如图6所示，发光源11、高分子偏振光转换膜14和平凸透镜/菲涅尔透镜21依次设置。平凸透镜/菲涅尔透镜21的光轴垂直于发光源11所在平面，并优选的通过其中心点。由发光源1所发出的光束经过高分子偏振光转换膜14后，再经过平凸透镜/菲涅尔透镜21的调整后射出。通过在光源中设置平凸透镜/菲涅尔透镜21使由发光源11发出的光束不会过度发散，而是经过平凸透镜/菲涅尔透镜聚焦后，汇聚成较小角度的均匀光束照射到下偏光片8a上。

实施例3

如图6所示，本实施例中液晶投影仪光源1是在实施例2中液晶投影仪光源的基础上增设了光隧20。光隧20为一端开口大，一端开口小的喇叭形或圆台或棱台的侧壁构成的空心圆台或棱台形。其小端为光线的射入口，其大端为光线的射出口；其内壁上还设置有反射层22用于光束的反射。发光源11设置在光隧20的射入口处，偏振光转换器13和平凸透镜/菲涅尔透镜21位于光隧20内。光隧20的作用是对经过平凸透镜/菲涅尔透镜21汇聚后的光束，通过光隧20照射到下偏光片8a上，使光束的全部光线均被包围在光隧中，保证由发光源11发出的光全部用于液晶投影仪中，而没有因为光束由于发光源与偏光片之间的距离关系而使一部分光发散出去而无法为液晶投影仪所使用。通过光隧20传播的光束经过光隧内壁的反射层22进行进一步汇聚和均化，最后在光隧20的射出口形成更加均匀汇聚的光线射出，以实现更高更均匀的光强，使投影机的亮度得到进一步提升。

本实施例中的光隧20与平凸透镜/菲涅尔透镜21也可组合形成复合光隧，再将该复合光隧设置在实施例1中所限定的光源前。

上述各实施例中的平面光源也可为点光源经过转换后形成的平面光源。

Claims

1.一种提高液晶投影仪亮度的方法，其特征在于，该液晶投影仪光源包括，该液晶投影仪光源包括发光源和高分子偏振光转换膜，所述发光源为平面光源，其发出的光的某一极化的偏振光为能够通过偏光片的极化的偏振光，另一部分为无法通过偏光片的极化的偏振光；所述能够通过偏光片的极化的偏振光能够通过所述偏振光转换膜传播出去，而另一部分无法通过偏光片的极化的偏振光，经过高分子偏振光转换膜处理后将相位旋转90°，成为可以通过偏光片的极化的偏振光。

2.根据权利要求1所述一种液晶投影仪光源，其特征在于，所述高分子偏振光转换膜具有选择性透射、反射和偏振光旋转功能，即光从高分子偏振光转换膜的一侧射入时，由光源发出的自然光中包含两种偏振光；其中一种极化偏振光可以通过所述高分子偏振光转换膜射出，而另一极化的偏振光进入到所述高分子偏振光转换膜中，被出射一侧反射回到高分子偏振光转化膜中，而且在入射和反射的过程中发生90°的极化翻转而变成可以通过高分子偏振光转化膜的极化的偏振光，从高分子偏振光转换膜出射一侧射出。

3.根据权利要求1所述提高液晶投影仪亮度的方法，其特征在于，所述高分子偏振光转换膜的设置位置应保证，所述发光源发出的光全部经过高分子偏振光转换膜射出。

4.一种液晶投影仪光源，其特征在于，该液晶投影仪光源包括，该液晶投影仪光源包括发光源和设置在光源上的高分子偏振光转换膜，所述发光源发出的光均通过高分子偏振光转换膜射出；所述发光源为平面光源，其发出的光的某一极化的偏振光为能够通过偏光片的极化的偏振光，另一部分为无法通过偏光片的极化的偏振光；能够通过偏光片的极化的偏振光直接通过所述偏振光转换膜射出，而另一部分无法通过偏光片的极化的偏振光，经过高分子偏振光转换膜处理后将相位旋转90°，成为可以通过偏光片的极化的偏振光，再通过高分子偏振光转换膜射出。

5.根据权利要求4所述一种液晶投影仪光源，其特征在于，所述高分子偏振光转换膜具有选择性透射、反射和偏振光旋转功能，即光从高分子偏振光转换膜的一侧射入时，由光源发出的自然光中包含两种偏振光；其中一种极化偏振光可以通过所述高分子偏振光转换膜射出，而另一极化的偏振光进入到所述高分子偏振光转换膜中，被出射一侧反射回到高分子偏振光转化膜中，而且在入射和反射的过程中发生90°的极化翻转而变成可以通过高分子偏振光转化膜的极化的偏振光，从高分子偏振光转换膜出射一侧射出。

6.根据权利要求4所述一种液晶投影仪光源，其特征在于，所述高分子偏振光转换膜通过偏振光转换膜固定装置，固定在发光源上，所述偏振光转换膜固定装置的作用是对高分子偏振光转换膜起到固定和支撑的作用，将其在所述发光源前部展开，并使发光源发出的光完全通过高分子偏振光转换膜射出。

7.根据权利要求4所述一种液晶投影仪光源，其特征在于，所述高分子偏振光转换膜与发光源之间的距离，应在保证发光源散热的条件下最小。

8.根据权利要求4所述一种液晶投影仪光源，其特征在于，所述液晶投影仪光源还包括平凸透镜/菲涅尔透镜；所述平凸透镜/菲涅尔透镜设置在高分子偏振光转换膜的前面，平凸透镜/菲涅尔透镜的光轴垂直于发光源所在平面，并通过其中心点；通过在光源中设置平凸透镜/菲涅尔透镜使由发光源发出的光束不会过度发散，而是经过平凸透镜/菲涅尔透镜聚焦后，汇聚成较小角度的均匀光束射出。

9.根据权利要求4所述一种液晶投影仪光源，其特征在于，所述液晶投影仪光源还包括光隧和平凸透镜/菲涅尔透镜；一端开口小的空心喇叭形或圆台或棱台形，其小口为光线的射入口，大口为光线的射出口；其内壁上还设置有反射层，用于光的反射；所述发光源设置在光隧的射入口处，所述高分子偏振光转换膜和平凸透镜/菲涅尔透镜依次设置于光隧内；发光源发出的带有较大角度的光束，首先经过平凸透镜/菲涅尔透镜汇聚成较小角度的光束，然后再经过光隧内壁的反射层进行进一步汇聚和均化，最后在出口端形成均匀汇聚的光线射出。

10.一种液晶投影仪，其特征在于，所述液晶投影仪所使用的光源为权利要求4-9中任一液晶投影仪光源。